(57)【要約】【課題】  振れ測定装置において、真にふれの測定評価が必要な位置、すなわち、加工位置近傍での振れ測定評価を行う。【解決手段】  部材の表面位置を検出する第１の変位計とこの第１の変位計が検出する部材の表面位置からモータ部の回転軸方向に所定距離を隔てた位置の表面位置を検出する第２の変位計と、モータ部が前記ホルダ部を所定角度回転させる前後での、第１の変位計および第２の変位計の検出結果に基づいて前記部材他端部の回転時における振れ量を算出する振れ量算出部とを備える。【選択図】          図１
2007198944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の一端部を把持するホルダ部と、
前記ホルダ部を回転させるモータ部と、
前記部材の表面位置を測定する第１の変位計と、
前記第１の変位計が測定する前記部材の表面位置から前記モータ部の回転軸方向に所定距離を隔てた位置の表面位置を測定する第２の変位計と、
前記モータ部が前記ホルダ部を所定角度回転させる前後での、前記第１の変位計および前記第２の変位計の測定結果に基づいて前記部材の他端部の回転時における振れ量を算出する演算装置と、
を有することを特徴とした振れ測定装置。
【請求項２】
前記ホルダは前記部材が把持される部分に空隙部を有し、
前記変位計は前記空隙部から露出した前記部材の表面位置を測定することを特徴とした請求項１に記載の振れ測定装置。
【請求項３】
前記第１の変位計と前記第２の変位計とは異なる長さであり、プランジャタイプの接触式変位計であることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の振れ測定装置。
【請求項４】
前記モータ部が前記ホルダ部を回転させる前記所定角度は９０度であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の振れ測定装置。
【請求項５】
モータ部により回転運動するホルダ部に一端部が把持された部材の回転時における他端部の振れ量を測定する振れ量測定方法において、
前記ホルダに把持された前記部材における前記モータの回転軸方向に所定距離を隔てた２点の表面位置を測定する第１の表面位置測定ステップと、
前記モータ部により前記ホルダ部を所定角度回転させる回転ステップと、
前記回転ステップにより前記ホルダ部が所定角度回転された後の、前記ホルダに把持された前記部材における前記モータの回転軸方向に所定距離を隔てた２点の表面位置を測定する第２の表面位置測定ステップと、
前記第１の表面位置測定ステップおよび前記第２の表面位置測定ステップにおいて測定した表面位置に基づいて前記部材の他端部の回転時における振れ量を算出する振れ量算出ステップと、
を有することを特徴とする振れ量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転軸を中心に回転する部材の振れ量測定するための振れ測定装置及び振れ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振れ測定装置においては、渦電流式センサを有し、この渦電流式センサと主軸台に支持される主軸を係合したツールホルダのフランジ部との隙間の変化を計測することによりクランプ異常の有無を判定していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３１４４２号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の振れ測定装置では、測定点から求められる振れ量を、測定点から離れた真に振れ評価が必要な加工位置の振れ量として評価しているため、フランジ部の振れ量は許容範囲内であるが、加工位置での振れ量が大きいため、要求仕様を満たさない加工結果になるといった問題があった。
【０００４】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、加工位置近傍での振れ量を評価することのできる振れ測定装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る振れ測定装置は、部材の一端部を把持するホルダ部と、ホルダ部を回転させるモータ部と、部材の表面位置を測定する第１の変位計と、第１の変位計が測定する部材の表面位置からモータ部の回転軸方向に所定距離を隔てた位置の表面位置を測定する第２の変位計と、モータ部がホルダ部を所定角度回転させる前後での、第１の変位計および第２の変位計の測定結果に基づいて部材の他端部の回転時における振れ量を算出する演算装置とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、真に測定評価が必要な位置である加工位置近傍の振れ量を評価することが可能となる。従って、工具またはワーク等の部材の変形やホルダへの取り付け不良、ホルダのモータへの取り付け不良、モータの振れなどによる加工結果の不具合を高精度で確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における振れ測定装置を示すものである。図１において、部材であるエンドミル１は、ホルダ２によって一端部１ａが把持されている。ホルダ２はモータ３の取り付け穴に挿入され、強固に固定されている。また、工具である研削砥石１１は他のモータ１２の取り付け穴に挿入され、強固に固定されている。これら２つのモータ３、１３は研削装置のテーブル（図示せず）に固定されていて、２つのモータが相対的に移動し、研削砥石１１によってエンドミル１に加工が施される。つまり、部材の他端部であるエンドミル１の刃部１ｂが再研削され、刃の切れ味が再生されることになる。
【０００８】
一方、変位計２０には第１の変位計および第２の変位計として、接触子２１ａ、２１ｂが所定距離Ｌだけ離れて設置されており、２点の位置を同時に計測することが可能である。さらに、接触子２１ａと接触子２１ｂとは長さがＴだけ異なっている。変位計２０の測定値は演算装置３０に送信され、エンドミル１の他端部における振れ量を計算し、振れ量評価結果信号等を生成し、ＮＣ装置４０へと送信する。ＮＣ装置４０は、この振れ量評価結果信号に基づいて、加工開始や再計測等の動作を実施する。さらにまた、変位計２０は回転テーブル２２に固定されている。尚、変位計２０は振れ量の測定時には実線で示す位置にあり、エンドミル１の研削時には接触子等がワークなどに干渉して加工を阻害することが無いように点線で示すような位置に待避するものである。
【０００９】
さらに、ホルダ２には、接触子２１ａ、２１ｂに対応して、エンドミル１を把持する部分に、空隙部２ａが設けられ、ホルダ２がエンドミル１を把持した際にこの空隙部２ａにより、エンドミル１の表面が露出するように構成されている。この空隙部２ａはモータ３の回転軸方向に所定距離Ｌだけ隔てて２個ずつ、また、モータ３の回転角方向に９０度ごとに４箇所の合計８個設けられている。
【００１０】
また、ここでは便宜上、モータ３の回転軸方向をｘ軸、振れ量測定時における振れ量変位計２０に設置された接触子２１ａ、２１ｂの移動方向をｙ軸、ｘ軸およびｙ軸との垂直方向をｚ軸とする。
【００１１】
さらにまた、ここではホルダ２として焼き填めホルダを、接触子２１ａ、２１ｂとしてプランジャタイプの接触式変位計を用いたものとして説明するが、本願発明の振れ測定装置はこれらの構成を備えたものに限られない。
【００１２】
次に、このように構成された振れ測定装置の動作について図２を用いて説明する。図２は本実施の形態１における振れ測定装置の動作を示すフロー図である。図２に示すように振れ量の測定評価は、測定準備（ｓｔ１）、表面位置測定（ｓｔ２）、振れ評価（ｓｔ３）の３段階に分かれている。以下、各段階における動作について詳述する。
【００１３】
まず、変位計２０が図１の点線で示すような待機状態である場合を考える。この状態から振れ量を測定するための測定状態になるために、回転テーブル２２が回転し、変位計は図１の実線で示す位置に移動する（ｓｔ１０１）。次に、ホルダ２に設けられた空隙部２ａが接触子２１ａ、２１ｂの正面になるように、モータ３によりホルダ２が回転する（ｓｔ１０２）。ｓｔ１０１、ｓｔ１０２の動作により測定準備が完了する（ｓｔ１）。
【００１４】
次に、変位計２０はｙ軸のホルダ２方向へ前進し（ｓｔ２０１）、変位計２０に設けられた接触子２１ａ、２１ｂがホルダ２に設けられた空隙部２ａから露出するエンドミル１の表面に接触することにより表面位置のｙ座標を測定する（ｓｔ２０２）。変位計２０が測定した測定値は演算装置３０へ送信されると共に、変位計２０は後退し、測定準備完了の位置に戻る（ｓｔ２０３）。変位計２０の位置が戻ると、モータ３が９０度回転する（ｓｔ２０４）。ホルダ２にはモータ３の回転角方向に９０度ずつ空隙部２ａが設けられているため、モータ３が９０度回転した後は異なる空隙部が接触子２１ａ、２１ｂの正面に位置することになる。以上、ｓｔ２０１〜ｓｔ２０４の動作を４回繰り返し、９０度ずつ回転する前後での空隙部２ａから露出したエンドミル１の表面位置のｙ座標を測定し、各測定結果を演算装置３０へと送信する（ｓｔ２０５）。これら、ｓｔ２０１〜ｓｔ２０５の動作により表面位置測定を完了する（ｓｔ２）。また、最初に表面位置を測定する際の回転角度位置を０度としたとき、回転角度位置０度の接触子２１ａの測定値をＪａ１、接触子２１ｂの測定値をＪｂ１とし、回転角度位置９０度、１８０度、２７０度における接触子２１ａの測定値をそれぞれＪａ２、Ｊａ３、Ｊａ４、接触子２１ｂの測定値をＪｂ２、Ｊｂ３、Ｊｂ４とする。
【００１５】
次に、振れ評価の手法について説明する。まず、振れという現象について図３を用いて説明する。図３は回転角度位置が０度、９０度、１８０度および２７０度において、ｘ軸方向からエンドミル１を見たときの図である。図３において、図１との対応部分については同一番号を付す。図３に示すように、モータ３の回転中心３Ｍに対してエンドミル１の中心１Ｍが所定距離ずれている場合（このときの所定距離を以下、偏心と呼ぶ）、モータ３が回転すると、エンドミル１の中心１Ｍはモータの回転中心３Ｍを中心として回転する。このような現象を振れと呼ぶ。ここで、接触子２１ａで、空隙部２ａから露出したエンドミル１の表面１ａＡの位置のｙ座標を測定すると、この測定値は回転角度位置によって異なる値となる。すなわち、Ｊａ１、Ｊａ２、Ｊａ３、Ｊａ４はそれぞれ異なった値となる。また、接触子２１ｂの測定値についても同様である。
【００１６】
従って、各回転角度位置における接触子２１ａの測定値は、図４に示すような円軌道上の値となる。図４に示す円軌道は、図３から明らかなように、エンドミル１の中心１Ｍの円軌道と同一のものとなる。従って、図４に示す円軌道の半径Ｈは偏心と同一となり、振れ量ＦはＪＩＳ規格で定められるように、この円軌道の直径（２×Ｈ）となる。
【００１７】
次に、演算装置３０での振れ量の算出方法について図４を用いて説明する。図４に示す円軌道の中心座標は、振れの中心からｙ軸方向へエンドミル１の断面の半径Ｒ分の移動をした位置Ｏとなっている。変位計２０で測定されるｙ座標（Ｊａ１〜Ｊａ４）は、図４に示す円軌道の中心からずれた位置を原点として計測したものであるために、位置Ｏを原点とした座標値に補正する必要がある。ここで、位置Ｏのｙ座標Ｏｙは式（１）によって求められる。
Ｏｙ＝（Ｊａ１＋Ｊａ２＋Ｊａ３＋Ｊａ４）／４・・・（１）
従って、Ｊａ１〜Ｊａ４に対応する位置Ｏを原点としたときの空隙部２ａから露出したエンドミル１の表面のｙ座標Ｙａ１〜Ｙａ４は式（２）〜（５）によって求められる。
Ｙａ１＝Ｊａ１−Ｏｙ・・・（２）
Ｙａ２＝Ｊａ２−Ｏｙ・・・（３）
Ｙａ３＝Ｊａ３−Ｏｙ・・・（４）
Ｙａ４＝Ｊａ４−Ｏｙ・・・（５）
また、図４中におけるＺａ１〜Ｚａ４は、Ｙａ１〜Ｙａ４と同様に位置Ｏを原点としたときのｚ座標である。ただし、Ｚａ１〜Ｚａ４の各座標値は説明の便宜上使用する座標値であり、実際に測定する必要は無い。
【００１８】
Ｙａ１〜Ｙａ４を用いて振れ量Ｆ（２×Ｈ）を求めるためには、図４から明らかなように回転角度位置が０度のときの位相角度ｇを利用して式（６）によって求めることができる。
Ｙａ１＝Ｈ×ｃｏｓ（ｇ）・・・（６）
しかし、位相角度ｇは未知量であるために、式（６）のみを用いて振れ量を求めることはできない。そこで、回転角度位置が９０度のときの表面位置のｙ座標Ｙａ２を利用すると三角関数の公式より式（７）を得る。
Ｙａ２＝Ｈ×ｃｏｓ（ｇ＋９０度）
＝Ｈ×（−ｓｉｎ（ｇ））
＝−Ｚａ                ・・・（７）
つまり、Ｙａ２は、回転角度位置が０度の場合、ｚ成分Ｚａ１と絶対値が等しくなる。従って、ピタゴラスの定理より式（８）が成り立つ。
（Ｆ／２）２＝Ｈ２＝Ｙａ１２＋Ｚａ１２
＝Ｙａ１２＋Ｙａ２２・・・（８）
式（８）から明らかなように、回転角度位置が０度および９０度のときのｙ座標Ｙａ１、Ｙａ２から振れ量Ｆを算出することが可能となる。すなわち、変位計２０の２個の測定値のみで、位相角度ｇを算出することなく振れ量Ｆを算出することが可能となる。
【００１９】
ただし、Ｙａ１およびＹａ２のみから算出される振れ量では、変位計２０の測定精度、エンドミル１の表面の汚れ等の影響により、実際の振れ量と大きな誤差を生じる可能性がある。いま、表面のｙ座標としてＹａ１〜Ｙａ４の４個の値が算出済みであるので、上述の（Ｙａ１，Ｙａ２）の組合せによる振れ量の算出以外に、（Ｙａ２，Ｙａ３）、（Ｙａ３，Ｙａ４）、（Ｙａ４，Ｙａ１）の組合せによる振れ量の検出が可能となる。上記４個の組合せによって算出された振れ量をそれぞれＦａ１、Ｆａ２、Ｆａ３、Ｆａ４としたとき、演算装置３０はこれらの値、およびこれらの振れ量に対応する偏心Ｈａ１、Ｈａ２、Ｈａ３、Ｈａ４を記録しておく。また、Ｆａ１〜Ｆａ４の平均値Ｆａを算出し、Ｆａを接触子２１ａが測定した振れ量とし、Ｆａ１〜Ｆａ４の偏差をもとめ測定精度の妥当性を確認することも可能である。
【００２０】
同様にして、接触子２１ｂが測定したエンドミル１の表面のｙ座標Ｊｂ１〜Ｊｂ４に基づいて、４個の振れ量Ｆｂ１〜Ｆｂ４、およびこれらの振れ量に対応する偏心Ｈｂ１〜Ｈｂ４を算出し、記録しておく。
【００２１】
次に、これらの振れ量の平均値ＦａおよびＦｂを用いて、真に評価が必要な加工位置近傍での振れ量を求める手法を、図５を用いて説明する。図５はエンドミル１をｚ軸方向から見た断面図である。図５において、エンドミル１の中心軸１ｘは、モータの回転軸３ｘに対して、偏心と偏角ｆをもってホルダ２に固定されている。また、接触子２１ａの測定値に基づき算出された偏心Ｈａ（＝Ｆａ／２）は測定円周１ａＡにおける偏心であり、接触子２１ｂの測定値に基づき算出された偏心Ｈｂ（＝Ｆｂ／２）は測定円周１ａＢにおける偏心である。これらの偏心ＨａおよびＨｂは偏角ｆが存在しているために、真に評価が必要な加工位置近傍１ｂでの偏心Ｈｃとは異なっているために、振れ量の評価をするためにはこのＨｃを算出する必要がある。ここで、Ｈｃ１を偏心Ｈａ１およびＨｂ１に基づいた加工位置近傍での偏心と、Ｍを測定円周１ａＡから加工位置近傍までの距離としたとき、Ｈｃ１は式（９）によって幾何学的に算出することが可能である。
Ｈｃ１＝Ｈａ１＋（｜Ｈｂ１−Ｈａ１｜／Ｌ）×（Ｍ／Ｌ）・・・（９）
同様に、Ｈｃ２〜Ｈｃ４を、それぞれＨａ２〜Ｈａ４およびＨｂ２〜Ｈｂ４に基づいた加工位置近傍での偏心とした場合には、Ｈｃ２〜Ｈｃ４は式（１０）〜（１２）によって算出される。
Ｈｃ２＝Ｈａ２＋（｜Ｈｂ２−Ｈａ２｜／Ｌ）×（Ｍ／Ｌ）・・・（１０）
Ｈｃ３＝Ｈａ３＋（｜Ｈｂ３−Ｈａ３｜／Ｌ）×（Ｍ／Ｌ）・・・（１１）
Ｈｃ４＝Ｈａ４＋（｜Ｈｂ４−Ｈａ４｜／Ｌ）×（Ｍ／Ｌ）・・・（１２）
以上により算出したＨｃ１〜Ｈｃ４の偏心の平均値を取ることにより、加工位置近傍の偏心Ｈｃとする。さらに、Ｈｃを２倍することにより加工位置近傍の振れ量Ｆｃを得る事が可能となる（ｓｔ３０１）。また、Ｈｃ１〜Ｈｃ４の標準偏差σも算出する。
【００２２】
次に、測定対象（エンドミル等）の回転仕様として要求される振れ量Ｆｒおよびその信頼性（歩留まり等）を、上述のように算出した振れ量Ｆｃおよび標準偏差σと比較することにより振れ量の評価を行い、振れ量評価結果信号を生成し、ＮＣ装置４０へと送信する（ｓｔ３０２）。ＮＣ装置４０は、振れ量評価結果信号として、Ｆｃやσが所定の値より大きいという情報を受信した場合には振れ量Ｆｃの再測定を行ったり、エンドミル１を取り付け直したりする。また、振れ量評価結果信号として、Ｆｃやσが所定の値より小さいという情報を受信した場合には加工実行許可の信号が送信されたものとみなし、エンドミル１の加工を開始する。以上のように、ｓｔ３０１、ｓｔ３０２を行うことにより振れ評価が完了する（ｓｔ３）。
【００２３】
このように、真に測定評価が必要な位置である加工位置近傍の振れ量を評価することが可能になるので、工具またはワーク等の部材の変形やホルダへの取り付け不良、ホルダのモータへの取り付け不良、モータの振れなどによる加工結果の不具合を高精度で確実に検出することができる。
【００２４】
本実施の形態１においては、エンドミル１として円柱状の部材を用いた場合について説明したが、エンドミル１の形状はこれに限定されるものではなく、円錐状の部材であっても良く、さらに、回転体であれば本振れ量測定装置によって触れ量を測定することが可能である。
【００２５】
また、ホルダ２にはモータ３の回転角に対して２列の空隙部２ａを設ける構成について説明したが、エンドミル１のホルダ２によって把持されていない部分で表面位置を検出するような構成にすれば、空隙部２ａは必ずしも設ける必要は無い。
【００２６】
また、変位計２０は接触子を２個有する構成になっているが、接触子は１個のみであっても良い。この場合、１つの接触子でエンドミル１の表面位置のｙ座標を算出した後、変位計２０をｘ軸方向に距離Ｌだけ移動させ再び表面位置のｙ座標を算出すればよい。
【００２７】
さらにまた、回転角度位置は０度、９０度、１８０度、２７０度の４個を１組として、エンドミル１を３６０×１度回転させて振れ量を算出する方法について説明したが、エンドミル１を３６０×２度や３６０×３度のように複数回転させて、２組や３組の回転角度位置を用いてもよい。この場合、測定値のデータ量が多くなるので更なる測定精度の向上を図ることが可能となる。また、回転角度位置を９０度刻みではなく、例えば、３０度刻みとすることでも同様の効果を得ることが可能となる。
【００２８】
さらに、本実施の形態１の振れ量算出装置においては、接触子２１ａと接触子２１ｂの突き出し量が長さＴだけ差を設けて設置されているために、エンドミル１の表面位置のｙ座標の測定値についてもＴだけ差があることになる。これにより、測定値が接触子２１ａのものか、接触子２１ｂのものかという対応が明確となり、測定ミス等の判断において、勘違い等のミスを減少させることが可能となる。尚、このＴの長さは組立調整のし易さから、３または５ｍｍが望ましい値であるが、このような値に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施の形態１における振れ量測定装置を示す図である。
【図２】本実施の形態１における振れ量測定装置の動作を示すフロー図である。
【図３】本実施の形態１においてエンドミルをｘ軸方向から見た図である。
【図４】本実施の形態１においてエンドミルの表面位置の軌跡を示す図である。
【図５】本実施の形態１においてエンドミルをｙ軸方向から見た図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンドミル、２  ホルダ、２ａ  空隙部、３  モータ、２０  変位計、２１ａ、ｂ  接触子、３０  演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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